Многоэлектродные лампы: тетрод и пентод

1. Электровакуумный тетрод: конструкция и характеристики

Двухсеточные лампы — тетроды и лампы с тремя сетками — пентоды вошли в радиотехнику лишь в двадцатых годах настоящего столетия, когда началось освоение диапазона коротких и ультракоротких волн. Вследствие вредного влияния емкости С_а-c устойчивое усиление сигналов на этих частотах с помощью триодов оказалось невозможным. Для ослабления этого вредного влияния было предложено ввести в триод дополнительную — экранирующую сетку, которая служила бы экраном между управляющей сеткой и анодом. Экранирующая сетка позволила не только существенно снизить проходную и выходную емкости лампы, но и улучшить другие параметры лампы: увеличить статический коэффициент усиления µи внутреннее сопротивление лампы R_i, ослабить влияние анодного напряжения на действующее напряжение и на потенциал запирания лампы.

Электронные лампы с экранирующей сеткой получили наименование тетродов или экранированных тетродов в отличие от дальнейшей модификации двухсеточных ламп — лучевых тетродов.

Условное обозначение тетродов на схемах показано на рис. 1, а.

Экранирующая сетка по своей конструкции (обычно проволочная спираль, укрепленная на специальных траверсах) аналогична управляющей сетке в триоде, но шаг ее спирали меньше. Чем гуще экра­нирующая сетка, тем эффективнее ее экранирующее действие. В генераторных тетродах иногда применяются экранирующие сетки из проволочной ткани.

На экранирующую сетку подается положительное напряжение, равное обычно 40÷60% от анодного. По переменному току экранирующая сетка через большую емкость соединяется с землей (рис. 2). Таким образом, между управляющей сеткой и анодом оказываются включенными две последовательные междуэлектродные емкости С _с1-с2 и С _а-с2. Вторая емкость закорочена по переменному току емкостью во внешней цепи экранирующей детки. Результирующая емкость между управляющей сеткой и анодом в результате экранирующего действия второй сетки значительно уменьшается. В тетродах емкость С_а-с1 равна сотым долям пикофарады, т. е. примерно в сто раз меньше емкости С_а-с в триоде.

Густая экранирующая сетка в значительной степени ослабляет проникновение силовых линий анодного поля в область отрицательного пространственного заряда у катода. В связи с этим в тетроде по сравнению с триодом проницаемость лампы меньше, а внутреннее сопротивление R_i и статический коэффициент усиления µ больше.

Рис. 1. Условное обозначение многоэлектродных ламп в схемах.

а — тетрод; б — пентод.

Рис. 2. Междуэлектродные емкости в тетроде.

Особенностью тетродов по сравнению с триодами является также и то обстоятельство, что в этих лампах под положительным потенциалом находится не только анод, но и экранирующая сетка. Поэтому электронный поток от катода всегда разветвляется на два: поток, направляющийся к аноду, и поток, попадающий на экранирующую сетку. При положительных напряжениях на управляющей сетке часть электронов, кроме того, по­падает и на управляющую сетку. Распределение токов между электродами, находящимися под положительными потенциалами, существенным образом, отражается на характеристиках тетрода, его статических параметрах и их взаимосвязи.

Ввиду влияния вторичной эмиссии экранированные тетроды не получили широкого применения. Их заменили лучевые тетроды и пентоды. Общность основных физических явлений в тетродах и пентодах позволяет рассмотреть эти лампы в рамках одной главы.

Статические характеристики тетрода

На рис. 3 изображена схема, с помощью которой могут быть получены статические характеристики тетрода. Помимо цепей питания управляющей сетки и анода, знакомых по схеме для снятия статических характеристик триода, в ней добавлена цепь питания экранирующей сетки, содержащая потенциометр R ₄, вольтметр и миллиамперметр для измерения напряжения U _c2на экранирующей сетке и тока I _c2 в ее цепи.

На рис. 3 показана трехсеточная лампа — пентод. Для снятия характеристик тетрода переключатель П₂ переводят в положение 1, закорачивая третью сетку с анодом. Эта сетка редкая, ее влияние в таком включении на поле между анодом и экранирующей сеткой не­велико, и лампа работает как экранированный тетрод.

Рис. 3. Схема для снятия характеристик тетрода и пентода.

В тетроде токи в цепях электродов являются функциями трёх напряжении:

(1)

(2)

(3)

Поэтому, снимая зависимости каждого тока от каждого напряжения при постоянстве двух остальных, можно получить девять различных характеристик. Однако обычно тетрод работает при U _c1 < 0(I _c1 = 0), и мы рассмотрим лишь зависимости токов I _а и I _с2от напряжений U _c1, U _c2и U _a.

На рис. 4,a представлено семейство зависимостей токов I _а и I _с2от напряжения на первой, управляющей сетке. Каждая из них снята при фиксированных значениях U _aи U _с2. Сравнение этих кривых с анодно-сеточными характеристиками триода позволяет отметить ряд существенных отличий. Кривые при различных значениях U_a и постоянном напряжении на экранирующей сетке расходятся веерообразно. Значительное увеличение анодного напряжения (на 80 В) вызывает очень небольшое приращение анодного тока даже при U_c1 = 0, где расхождение кривых наибольшее. Кроме того, изменение анодного напряжения не приводит, как это было в триоде, к сдвигу всей анодно-сеточной харак­теристики: потенциал запирания лампы остается практически неизменным. Перемещение характеристик и изменение потенциала запирания лампы U _cl0 происходит лишь при изменении напряжения на экранирующей сетке.

Иначе говоря, влияние потенциала U_c2 на ход кривых аналогично влиянию анодного потенциала на анодно-сеточные характеристики в триоде. Это объясняется тем, что экранирующая сетка в тетроде отделена, так же как и анод в триоде, от области пространственного заряда у катода лишь управляющей сеткой. Влия ние же анодного потенциала на пространственный заряд у катода ослаблено в тетроде экранирующим дей­ствием двух сеток.

На рис. 4, а показано также семейство характеристик . Как видно, ток экранирующей сетки значительно меньше анодного тока. При условии, что U _а >U _с2, это объясняется меньшей площадью экранирующей сетки по сравнению с площадью анода. Вследствие токораспределения ток I_с2 при повышении U_a и неизменной величине U_c2 уменьшается.

Рис. 4. Статические характеристики триода.

а – семейство характеристик и ; б – семейство характеристик и ; в – семейство характеристик и .

Вторым важным семейством характеристик тетрода являются зависимости токов I _а и I _с2от напряжения на экранирующей сетке. Как видно из кривых рис. 4, б, анодный ток и ток экранирующей сетки в тетроде возникают лишь при положительных напряжениях U_c2. Если U_c2<0, то ток I _а равен нулю, так как экранирующая сетка обычно очень густая, и даже при незначительных отрицатель­ных напряжениях на ней электроны не проникают к аноду. Здесь, так же как и на характеристиках , увеличение анодного напряжения вследствие токораспределения приводит к уменьшению тока I _с2. Веерообразный характер кривых и объясняется изменением коэффициента токораспределения при увеличении U_c2 и U _a = const.

Анодная характеристика тетрода и зависимость представлены на рис. 4,в. Для этих зависимостей в тетроде интересна область «провала» кривой и соответствующего ей «горба» зависимости . Рассмотрим причины, лежащие в основе этого явления, более подробно.

В начальной области (участок 1), когда U_a значительно меньше U_c2 и не превышает 15—20 В, происходит быстрый рост анодного тока и падение тока экрани­рующей сетки, равного при U_a = 0 катодному току. Происходит токораспределение в режиме возврата. Под действием сильного положительного поля экранирующей сетки часть электронов, пролетающих между ее витками, движется по искривленным траекториям и, не долетая до анода, возвращается на экранирующую сетку. Так как потенциал экранирующей сетки в тетроде обычно значительно выше положительных рабочих значений потенциала на управляющей сетке в триоде, а экранирующая сетка гуще управляющей сетки в триоде, то эффект возврата электронов при малых U_a в тетроде выражен сильней. На траектории возвращающихся к сетке электронов поле анода воздействует непосредственно. С увеличением анодного напряжения анодный ток быстро возрастает и ток I _с2 уменьшается: все большая часть электронов, ранее возвращавшихся к экранирующей сетке, устремляется к аноду.

Далее происходит резкое изменение в ходе кривых (участок 2): анодный ток начинает падать, а ток экранирующей сетки возрастает. Такой аномальный вид кривых объясняется возникновением вторичной эмиссии с поверхности анода. При U_a >20 Вэнергия электронов, достигающих анода, оказывается достаточной для выбивания с его поверхности вторичных электронов. Эти "электроны под действием более высокого напряжения U_c2 попадают на экранирующую сетку и вызывают уве­личение тока I _с2. Анодный ток уменьшается, поскольку вторичные электроны, уходя с анода на сетку, создают в цепи анода ток, направление которого противоположно току, обусловленному первичными электронами. Образуется участок «падающей» характеристики . Лампа является отрицательным сопротивлением: с увеличением U_a анодный ток уменьшается. При дальнейшем увеличении анодного напряжения ток I _а снова начинает расти, а ток I _с2 уменьшается (участок 3), так как все большая часть вторичных электронов возвращается обратно на анод.

В дальнейшем характеристики идут полого (участок 4)и с повышением анодного напряжения наблюдается медленное увеличение анодного тока и столь же медленное уменьшение тока I _с2. На этом участке происходит токораспределение, соответствующее режиму прямого перехвата: ток экранирующей сетки образуется только за счет электронов, движущихся непосредственно под витками сетки и как бы перехватываемых ею. Большая часть электронов, ускоряемая полем сетки, пролетает между ее витками и устремляется к аноду.

Пологий участок характеристики не соответствует режиму насыщения. Отрицательный про странственный заряд у поверхности катода (если на управляющую сетку не подано значительное положительное напряжение) достаточно велик. Небольшой рост анодного тока при значительном изменении U _а на этом участке объясняется слабым из-за экранирующего действия двух сеток влиянием анодного напряжения на пространственный заряд у катода, являющийся в режиме перехвата основным источником увеличения тока I _а. Возрастание тока I _а и уменьшение тока I _с2 в этой части характеристик может происходить также за счет вторичной эмиссии с поверхности экранирующей сетки; вторичные электроны увлекаются анодным полем и увеличивают анодный ток.

На рис. 5 показаны усилительный каскад на тетроде и его примерная выходная ВАХ (рядом с которой показана соответствующая характеристика электровакуумного триода).

Вторичная эмиссия, как это видно из рис. 4, в и рис. 5, сильно искажает анодную характеристику тетрода и не позволяет использовать эту лампу при больших нагрузках в анодной цепи или же малых напряжениях источника анодного питания. Величину анодной нагрузки и напряжение анодной батареи приходится выбирать так, чтобы динамическая характеристика пересекала статическую анодную характеристику на участке 4. Это обстоятельство помешало экранированным тетродам, найти широкое применение.

Рис. 5. Усилительная ступень, реализованная на тетроде (а),и сравнительная анодная характеристика тетрода и триода (б)

Несмотря на существенный недостаток, тетрод все же выгодно отличается от триода рядом параметров: большим коэффициентом усиления μ, большим внутренним сопротивлением R_i и малой проходной емкостью С_а-с. В связи с этим работы по усовершенствованию ламп привели не к отказу от применения экранирующей сетки, а к дальнейшему развитию многоэлектродных ламп. Был предложен ряд мер по устранению динатронного эффекта, две из которых оказались наиболее эффективными и привели к созданию лучевого тетрода и пентода.

2. Лучевой тетрод и его характеристики

Устройство лучевого тетрода схематически изображено на рис. 6. Катод и сетки ламп имеют эллиптиче­скую конфигурацию, анод — цилиндрическую. Благодаря этому расстояние между экранирующей сеткой и анодом увеличено и движение вторичных электронов от анода к сетке, затруднено, так как действие поля экранирующей сетки вблизи анода проявляется слабее.

Между экранирующей сеткой и анодом имеются экраны, соединенные внутри лампы с катодом. Таким, образом, электроны от катода к аноду движутся, лишь в ограниченном участке пространства между экранами. Электронный поток имеет вид лучей, откуда и произошло название лампы.

Рис. 6. Устройство лучевого тетрода.

1 - катод; 2 — управляющая сетка; 3 — экранирующая сетка; 4 — экран; 5 — анод.

Экранирующая сетка в лучевом тетроде выполнена так, что шаг ее намотки равен шагу намотки управляющей сетки и витки двух сеток расположены друг против друга. Вследствие такой конструкции сеток лучеобразный лоток электронов разбивается на ряд лучей и в вертикальной плоскости. Образование электронных лучей приводит к увеличению плотности отрицательного пространственного заряда, и в пространстве экранирующая сетка — анод возникает потенциальный барьер, препятствующий движению вторичных электронов при U _c2 >U _аот анода к экранирующей сетке.

На рис. 7, а показаны кривые распределения потенциала в лучевом и экранированном тетродах при небольшом анодном напряжении, соответствующем участку 2 характеристики экранированного тетрода (рис. 4, в).

В пространстве катод — экранирующая сетка эти кривые практически совпадают, а на участке экранирующая сетка — анод в лучевом тетроде образуется минимум потенциала, для преодоления которого начальные скорости вторичных электронов недостаточно велики. Подавление динатронного эффекта достигается в лучевом тетроде при условии, что потенциал в точке U _минна 15—20 В меньше потенциала анода.

Рис. 7. Кривые распределения потенциала.

а — в междуэлектродном пространстве лучевого (пунктирная линия) и экранированного (сплошные линии) тетродов; б — при изменении величины U _c1.

Величина потенциального барьера и расстояние точки U _мии от анода зависят как от соотношения U _a /U _c2, так и от плотности пространственного заряда между экранирующей сеткой и анодом, величина которого определяется потенциалом управляющей сетки. Допустим, что потенциалы U _aи U _c2равны и лампа заперта большим отрицательным напряжением U _с1. Распределение потенциала в пространстве между экранирующей сеткой и анодом в этом случае характеризуется прямой 1 (рис. 7, б). При появлении тока в лампе за счет уменьшения отрицательного напряжения U _c1пространственный заряд снижает потенциал между анодом и экранирующей сеткой (кривая 2). Дальнейшее увеличение тока приводит к возрастанию потенциального барьера вплоть до кривой 3, характеризующей неустойчивое равновесие. Скорости электронов, проходящих экранирующую сетку, достаточны для преодоления потенциального барьера, и все электроны устремляются к аноду.

В результате дальнейшего увеличения тока в лампе потенциальный барьер увеличивается еще больше, скорости электронов еще более снижаются, что приводит к дальнейшему увеличению барьера, и т. д.; распределение потенциалов скачком изменяется и принимает вид, описываемый кривой 4. Посредине между экранирующей сеткой и анодом образуется область нулевого потенциала. Электроны, скорость которых недостаточна для преодоления потенциального барьера, возвращаются обратно к экранирующей сетке, увеличивая плотность пространственного заряда слева от U _мии. Область нулевого потенциала перемещается к экранирующей сетке (кривая 5).

Это распределение потенциала устойчиво. Если бы, в идеальном случае скорости всех электронов, пролетевших экранирующую сетку, были равны и определялись ее потенциалом, то в точке U _мин = 0 скорость электронов была бы равна нулю. Из этой точки было бы возможно движение электронов, начальная скорость которых v₀ = 0, как в сторону экранирующей сетки, так и в сторону анода. Иначе говоря, область U _мин = 0 по своим свойствам соответствовала бы некоторому катоду, излучающему электроны с нулевой начальной скоростью. В связи с этим область междуэлектродного пространства, прилегающая к точке U _мин = 0, и получила наименование фиктивного или виртуального катода.

В действительности же не все электроны, прошедшие экранирующую сетку, из-за неоднородности поля в ее плоскости обладают одинаковыми скоростями. Медленные электроны, отражаясь барьером U _миннаправляются к экранирующей сетке, быстрые — преодолевают потенциальный барьер и устремляются к аноду.

В лучевом тетроде, где поле между экранирующей сеткой и анодом достаточно однородно, виртуальный ка­тод при соответствующих условиях образуется по всему сечению электронного потока одновременно. В других лампах, например в пентоде, поле получается неоднородным и виртуальный катод существует лишь в определенных областях между витками сеток. Лучевые тетроды обыч но работают при распределении потенциалов, близких к кривой 2, но при U _c2 <U _a.

Типичные анодные характеристики лучевого тетрода изображены на рис. 8. Участок быстрого увеличения анодного тока при малых U _a, что соответствует режиму возврата электронов к экранирующей сетке, резко пере­ходит в рабочий пологий участок характеристик в режиме прямого перехвата. Это объясняется тем, что кривые распределения потенциала между второй сеткой и анодом при любом диаметральном сечении в пределах,электронного луча практически одинаковы и условия перехода из одного режима в другой наступают для большинства электронов при одном и том же значении анодного напряжения.

Рис. 8. Анодные характеристики лучевого тетрода.

Вторичная эмиссия в некоторых типах лучевых тетродов проявляется лишь при больших отри­цательных напряжениях на управляющей сетке, близких к потенциалу запирания лампы. Тогда число электронов, преодолевающих тормозящее действие управляющей сетки, невелико, плотность электронного потока, движущегося к аноду, низка и потенциальный барьер в промежутке экранирующая сетка — анод уменьшается. Наиболее быстрые вторичные электроны уходят на экранирующую сетку и на анодной характеристике появляется провал.

Анодные характеристики лучевого тетрода служат основными рабочими характеристиками для инженерных расчетов.

Зависимости токов I _а и I _c2 от напряжения U _c2для лучевого тетрода аналогичны подобным характеристикам для экранированной лампы (рис. 4, б). Они обычно не приводятся в справочниках, так как напряжение на экранирующей сетке в большинстве случаев выбирается оптимальным с целью получения наибольших значений μ и S и при работе лампы остается неизменным.

Редко используются при расчетах также семейства характеристик и . Для практически применяемого диапазона анодных напряжений они представляют собой пучок очень близко отстоящих друг от друга расходящихся веерообразно кривых, и поэтому в справочниках дается лишь одна характеристика при номинальном напряжении U _a.

3. Электровакуумный пентод и его характеристики

Другой метод устранения вторичной эмиссии в тетроде привел к созданию пентода, условное изображение которого на схемах показано на рис. 1, б. В пентоде, помимо управляющей и экранирующей, введена третья сетка — защитная, находящаяся между экранирующей сеткой и анодом. Эта обычно довольно редкая сетка, исключая случаи специального использования пентодов, соединяется с катодом и имеет, следовательно, нулевой потенциал. Потенциальный барьер между анодом и экранирующей сеткой, препятствующий движению вторичных электронов от анода, создается за счет поля защитной сетки (рис. 9).

Введение защитной сетки в лампу не только устранило динатронный эффект, но и значительно улучшило по сравнению с триодом и тетродом статические параметры лампы. Пентоды обладают очень, большим коэффициентом усиления, величина которого доходит до нескольких тысяч, большим внутренним сопротивлением, порядка мегом, и малой проходной емкостью. В пентодах, специально предназначенных для работы на высоких частотах, принят ряд дополнительных мер для улучшения этих параметров.

Рис. 9. Распределение потенциала в пентоде.

В зависимости от назначения пентодов вид семейства анодных характеристик (рис. 10) может несколько видоизменяться, но типичными для него остаются два довольно резко выраженных участка: крутой начальный участок, соответствующий режиму возврата электронов, и пологий рабочий участок режима прямого перехвата.

Семейство анодно-сеточных характеристик, которое для пентода представляет собой еще более плотный по сравнению с тетродом пучок веерообразно расходящихся кривых, обычно для инженерных расчетов не ис­пользуется. В справочниках для удобства выбора линейного рабочего участка приводится лишь одна кривая, соответствующая рекомендованному анодному напряжению.

Рис. 10. Анодные характеристики высокочастотного пентода

Физические процессы в пентоде во многом сходны с процессами в лучевом тетроде. Поэтому вопросы, связанные с токораспределением в лампе, действующими напряжениями, статическими параметрами и др., будут рассмотрены в последующих параграфах одновременно для лучевых тетродов и пентодов.

4. Статические параметры тетродов и пентодов

Помимо основных статических параметров S, R_i,μ, для многоэлектродных ламп используется также система параметров; отображающих влияние напряжений U _c1, U _c2и U _aна ток экранирующей сетки. В пентоде, кроме того, иногда особый интерес представляет влияние напряжения U _c3на анодный ток.

Рассмотрим прежде всего систему статических параметров анодной цепи многоэлектродной лампы.

Крутизна анодно-сеточной характеристики тетрода отражает зависимость анодного тока тетрода от напряжения U _апри условии постоянства всех остальных напряжений:

(4)

Геометрически, как и в триоде, крутизна характеристики определяется тангенсом угла наклона касательной к анодно-сеточной характеристике в данной точке. Для лучевых тетродов крутизна лежит в тех же пределах, что и для триода: 2—8 ма/в, а для генераторных тетродов достигает 12÷15 ма/в.

Внутреннее сопротивление тетрода имеет тот же смысл и то же геометрическое выражение, что и в триоде. При его определении должны поддерживаться постоянными напряжения на управляющей и экранирующей сетках:

(5)

Внутреннее сопротивление тетрода значительно выше, чем в триоде, и лежит в пределах от 100 до 800 ком.

Сравнительное влияние напряжений U _c1и U _aна анодный ток в тетроде, как и в триоде, характеризуется статическим коэффициентом усиления:

(6)

Величина μв тетроде вследствие ослабленного влияния U _aна анодный ток также значительно выше, чем в триоде: μ=100÷700.

Помимо трех основных статических параметров иногда используется статический коэффициент усиления μ_а-с2, отражающий сравнительное влияние напряжений U _а и U _c2на анодный ток лампы:

(7)

Влияние напряжения U _c2по сравнению с влиянием U _c1на анодный ток в тетроде ослаблено в D ₁ раз за счет экранирующего действия управляющей сетки. Поэтому μ_а-с2 всегда меньше μ и равен в тетроде 10 ÷200.

Следует особо отметить, что, рассматривая статические параметры анодной цепи, мы не принимали в расчет токораспределение в лампе. Однако необходимо помнить, что изменения анодного тока при вариации напряжений U _а и U _c2происходят не только за счет влияния на пространственный заряд у катода, но также за счет изменения коэффициента токораспределения k.

Перейдем к системе статических параметров цепи экранирующей сетки в тетроде. В некоторых схемах сопротивление нагрузки может быть включено в цепь экранирующей сетки. Тогда используются статические параметры, характеризующие зависимость тока I _c2 от напряжений на электродах лампы. Крутизна

(8)

отображает зависимость тока экранирующей сетки от напряжения U _c1и выражается геометрически тангенсом угла наклона касательной к характеристике . Крутизна S _c2 обычно меньше крутизны S, так как в режиме перехвата (рабочем режиме тетрода) ток I _с2 и его абсолютное приращение при изменении катодного тока меньше тока I _а и его приращения. Внутреннее сопротивление

(9)

изображается геометрически как котангенс угла наклона касательной к характеристике и показывает влияние напряжения U _c2на ток в цепи экранирующей сетки. Для тетрода R _ic2приблизительно такое же, как R _iдля триода.

Статический коэффициент усиления

(10)

оценивает сравнительное влияние напряжений U _c2 U _c1на ток в цепи экранирующей сетки. Величины лежат в тех же пределах, что и для статического коэффициента усиления в триоде: от 4 до 100.

Статические параметры пентода такие же, как и для тетрода, при условии, что напряжение на защитной сетке остается неизменным.

В большинстве схем, использующих пентод, U _с3 = 0. Однако ряд его применений требует подачи на защитную сетку небольших отрицательных или положительных напряжений. Поэтому, ломимо указанных ранее параметров, для пентода довольно широко используется еще один — крутизна характеристики

(11)

Этот параметр приобретает особо важное значение в режиме двойного управления анодным током. Величина S ₃колеблется в зависимости от U _a, U _c1 и U _c2в широких пределах: от 0,1 до 6 ма/в.

Полезно вспомнить физический смысл проницаемости лампы D. В многоэлектродных лампах, как и в триоде, величина D характеризует степень проникновения силовых линий анодного поля к катоду и влияние этого поля по сравнению с полем управляющей сетки на пространственный заряд у катода, а значит, и на величину катодного тока:

При рассмотрении соотношений μ и D в триоде отмечалось, что лишь в том случае, если I _а = I _к (U _c <0 и I _с = 0). В многоэлектродных лампах, как правило, I _а ≠ I _к и поэтому .

Это обстоятельство наглядно иллюстрируется рис. 11. Предположим, что при определении μи D напряжение U_c1 изменено на одну и ту же величину ∆ U _c1.

Рис. 11. Определение параметров μ и D по характеристикам.

При этом ∆ I _к > ∆ I _а. Для компенсации приращения ∆ I _к требуется большее изменение анодного напряжения, чем для компенсации ∆ I _а. В последнем случае анодный ток меняется не только за счет катодного тока, но и за счет изменения коэффициента токораспределения.

Эти соображения справедливы также и для параметров цепи экранирующей сетки. Правда, отличие μ_c2-с1 от меньше, чем для параметров анодной цепи, так как ток I _c2 меняется в основном за счет влияния напряжения U _c2на действующее напряжение U _Д1 (D ₁ относительно велико). Однако, определяя один из статических пара­метров цепи экранирующей сетки по двум известным, следует пользоваться соотношением

(12)

Параметр S ₃ характеризует зависимость анодного тока от напряжения U _с3. При использовании защитной сетки для управления анодным током к ней подводятся относительно небольшие положительные или чаще отрицательные напряжения.

Рис. 12. Определение статических параметров по характеристикам пентода.

В заключение параграфа отметим некоторые особенности определения статических параметров ламп по характеристикам. Пользуясь семейством анодных характеристик, можно достаточно просто найти параметры S и R_i.

Как видно из рис. 12, крутизна характеристики равна:

(13)

Чтобы найти внутреннее сопротивление, следует задаться некоторым приращением анодного напряжения ∆U_a. Для пентодов, характеристики которых идут почти параллельно оси абсцисс, это приращение приходится брать достаточно большим. Величина R_i вычисляется по простому соотношению:

(14)

Определять величину μпо семейству анодных характеристик очень неудобно, так как прямая, проведенная из выбранной точки параллельно оси абсцисс, как правило, не пересекает в пределах полотого участка соседнюю характеристику.

5. Электровакуумные микролампы

Электровакуумные микролампы по своим свойствам во многом подобны полевым транзисторам. Вакуумные интегральные триоды называют также вакуумными полевыми транзисторами, а их электроды — катод, сетка, анод или же эмиттер, затвор, коллектор.

В основе работы вакуумных интегральных схем (ВИС) лежат те же физические явления, что и в основе работы рассмотренных электровакуумных триодов. ВИС обладают рядом уникальных характеристик, в частности, скорость электронов в них может быть намного больше, чем в любом полупроводнике, их частотные свойства лучше частотных свойств кремниевых интегральных схем и сравнимы со свойствами арсенид-галлиевых ИС. Кроме того, ВИС обладают лучшей радиационной стойкостью. При изготовлении ВИС используется хорошо отработанная технология полупроводниковых ИС.

Одной из основных проблем при создании ВИС является разработка холодных (не подогреваемых) эмиттеров (катодов). В ВИС используется, в основном, электростатическая (автоэлектронная) эмиссия.

Наиболее изученными являются интегральные триоды, которые состоят из холодного эмиттера (катода), управляющего электрода (затвор — аналог управляющей сетки) и коллектора (анода). Примеры устройств вакуумных микротриодов плоской и вертикальной конструкции приведены на рис. 13.

Рис. 13. Структура микротриода, выполненного в составе вакуумной интегральной схемы

Катод 1 изготовлен в виде острия. Катод изготавливается из специального проводящего материала (например, сильнолегированного кремния или из кусочка нанотрубки тубулена). Очень малый радиус закругления на конце катода позволяет получить очень высокую напряженность электрического поля на острие даже при малых напряжениях (1-2 В). В качестве сетки выступает металлическая пленка 2 (управляющий электрод УЭ) с отверстием, расположенным над острием катода. Подача отрицательного напряжения на УЭ позволяет менять анодный ток данного микроскопического триода. Внутри корпуса интегральной схемы могут быть размещены до нескольких тысяч таких микротриодов. Между массивной частью катода и управляющим электродом (сеткой или УЭ) 2, выполненным из металлической пленки, располагается диэлектрический слой SiO₂. Структура выполнена на поверхности кремниевой подложки.

На рис. 14 показана схема конструкции миниатюрного металлокерамического триода, работающего в области сверхвысоких частот.

Рис. 14. Металлокерамический триод